智能化水电厂介绍

智能化水电厂介绍国网电力科学研究院 近年来水电产业得到了飞速发展。截至2021年底,全国水电装机容量为1.97亿千瓦,占发电装机总容量的23%,年发电量约5500亿度。随着时代的发展，现有水电厂自动化系统逐渐显露出一体化及智能化程度低、标准差异性大、网厂协调能力差、电力安全防护较弱等问题，智能决策困难，难以实现效率和效益的最大化，制约了水电产业的发展与壮大。以计算机、自动化技术为代表的信息自动化技术日新月异，已经成为当今世界上发展最快的领域之一。相关智能调度系统的成功建设提供了宝贵的经验和指导。水电厂生产运行各环节积累了大量的专家知识库。智能化水电厂建设背景 概述智能化发电厂建立在可靠、高速的通信网络的基础上，通过应用先进的传感和测量技术、稳定的设备、可靠的控制方法以及智能化的决策支持技术，实现发电厂的可靠、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。以提高安全稳定性、资源利用率、节能经济运行水平、辅助决策能力、网厂协调能力为目标，满足社会经济发展的需要，提高供电可靠性和供电质量，更好地体现社会效益和企业效益。统一平台辅助决策数字化统一坚强智能 内涵与特征智能化水电厂以坚强智能电网为服务对象，以网厂协调发展的“无人值班”(少人值守)模式为基础，以通信平台为支撑，以信息化、自动化、互动化为特征，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。主要内涵坚强可靠经济高效集成开放友好互动基本特征信息标准化系统整体化决策智能化 智能化水电厂智能调度硬件支撑设备通信信息统一支撑平台基本专业应用智能高级应用智能评估运行维护资产管理统一标准接口来水预测大坝安全状态监控经济优化组成环节 主要应用功能 经济安全运行系统水库来水预报水库来水预报功能支持对前期和实时水文气象要素的分析比对，提供多种数值预报方法，实现对水文要素未来趋势和过程的准确预报。根据预见期的长短，分为短期洪水预报、日径流预报和中长期径流预报。水电调度计划考核评估分析评估执行预测水文预报负荷预测发电能力预测考虑大坝安全、设备状态等，制定防洪、发电调度方案风险分析水文预报精度评定节水增发电考核跟踪执行、计划修正梯级优化调度流程 梯级优化调度为保证电网安全、发挥水电站经济效益、提高防洪减灾能力以及发挥节能减排作用提供了重要支撑。主要包括：水情监测、水文预报、调洪演算、水电优化调度、水库调度风险分析、水库三维展示及应用等内容。水库调度应用 实时监控智能控制AGCAVC发电运行保护系统EDC发电计划机网协调实时监控系统监控系统集控中心计算机监控系统具备实时数据采集和处理，综合数据计算、控制与调节、安全运行监视和事故追忆等基本功能。高级功能有：自动发电控制AGC（AutomaticGenerationControl）自动电压控制AVC（AutomaticVoltageControl）梯级电站经济运行调度系统EDC梯级集控中心与电网联合智能调度视频联动与状态检修专家系统的结合与培训仿真系统的有机结合 提供了实时高效、安全可靠的监控内核，功能强大、实用方便的组态工具，精细美观的图形界面，符合国际标准的数据接口，紧贴水利水电用户和梯级集控调度应用需求的各种常规及高级功能。计算机监控系统 信息管理系统信息管理区处于安全分区中的Ⅲ、Ⅳ区，其组织结构图如下图所示，该区通过底层应用支撑服务与其余系统进行同步。分布在该区的主要应用系统有：培训仿真系统生产管理信息系统专家系统在线监测与状态检修专家系统大坝安全检测与分析评估专家系统OA、档案系统 生产管理信息系统生产管理信息系统以设备管理为核心，包括从设备投运到设备退役的全过程闭环管理。建设思路：从基于中心及中心驱动的基本设计思想出发，PMS被设计成一个由五大中心及围绕五大中心分布的众多外围应用组成的有机体。设备中心代表了整个电厂生产管理的核心对象、基本出发点和最终目标；计划任务中心代表了整个电厂生产管理的工作方式和组织策划；运行工作中心代表了整个电厂生产管理的执行过程、工作内容及工作结果；评价中心代表了整个电厂生产管理的评估监督和价值取向；标准中心代表了整个电厂生产管理的规范化和标准化力度和水平。 专家系统建立设备信息资源目录体系，将资源目录体系内基于CIM模型的数据模型与远程监测诊断中心平台的数据进行映射，定时、触发、定时或手工方式进行数据的获取和更新。数据调用与处理状态检修管理系统 大坝安全信息管理与分析评估大坝安全稳定运行是电厂智能化的基础，大坝安全信息管理与分析评估系统实现了无人值守下的分布式数据采集、集中统一管理和安全评估。信息管理软件由采集、报表、图形、数据表格、测点管理、数据管理、任务管理七个部分组成。大坝及工程运行安全评估专家系统通过对安全监测数据的大规模自动化处理、分析、统计、比较、判断，进而对大坝等建筑物安全状况进行综合评价，使安全监测成果及时发挥应有的作用，为大坝的工程运行管理提供专家决策支持。 OA业务OA、档案管理系统（也称协同办公系统）主要包括公文管理、档案管理、电子签章、办公助手、出差管理、会议管理、网络视频会议、信访管理、调研管理、新闻宣传与采编、移动办公、公司通讯录等功能模块。接入层：通过企业门户集成，提供定制个性化服务、提供单点登录、身份认证和多渠道接入等功能。应用层：是逻辑结构的核心，通过调用服务层的应用支撑平台，以模板、组件的形式包装，构建应用逻辑群，并形成面对最终用户的门户。服务层：与应用层共同构成整个业务逻辑结构的核心，由模板、业务组件和公用组件构成应用基础系统，是应用层的软件支撑平台。资源层：资源层构成应用层、服务层的支撑环境。 一体化气象信息解决方案综合应用分析气象对比应用电力行业作为气象服务高敏感性和高需求性的行业，其生产和运营受环境气象条件的影响极大。特别是近年来，冰冻、台风、暴风雪、强风、强降雨、强雷电、雾霾、高温、干旱等灾害性天气对系统输变电设备运行和可靠供电的影响呈现逐年增多的趋势。气象信息系统提供了气象信息在安全生产中的应用平台。气象信息应用 现地自动化系统现地自动化系统中可在厂站内继电保护系统、稳控系统、监控系统、机组调速系统、励磁系统、状态监测诊断系统、辅助设备系统间建立统一的现地级数据总线，实现信息共享，构建水电站现地级智能化系统，实现水电站现地级系统的信息化、自动化、互动化。全站网络采用高速光纤以太网组成，通信标准符合DL/T860（IEC61850）。将智能水电站系统在逻辑上分为站控层、间隔层和过程层三层，采用两层网络：站控层网（MMS网）、过程层网（GOOSE网、SV网）组成。站控层由监控系统主机（操作员站）和智能设备接口机等构成，智能设备接口机可将状态监测系统、辅助设备系统等接入站控层MMS网。间隔层由可若干个子系统组成，如继电保护系统、安稳系统、励磁系统、调速系统等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。过程层由电子式互感器、合并单元、智能终端、变送器等构成，完成与一次设备或其它设备相关的功能。 高清工业电视系统 小水电综合自动化系统小水电综合自动化系统为单机25MW及以下的水力发电站和以小水电为主的地方小电网提供高度集成的、安全可靠的、经济实用的整体解决方案。智能小水电综合自动化系统符合国际开放网络系统标准，并集测控、自动准同期、交流量采集、励磁、调速、保护、辅机控制等功能为一体，具有如下特点：智能统一平台软件全智能化的测控模块统一现地总线接口开放、标准的通讯网络模块化设计功能强大、运行高效、维护方便 水情野外遥测站为智能水电厂防洪及水库运行调度提供原始信息，具有以下特点：微功耗：核心的RTU静态功耗小于50uA丰富的采集功能：不仅可采集传统雨量水位信息，还可支持流量、降雪、视频图像采集多传输信道支持：GPRS/CDMA1X/SMS/北斗/海事/VHF/PSTN，支持主备自动切换一体化防雷结构：结构紧凑美观，安装方便，所有电缆包含金属屏蔽水情野外遥测及自动气象站自动气象站是气象现地采集系统中的核心部分，具有以下特点：分布式模块化设计：各气象要素的采集由单独的模块完成，通过RS485/CAN总线和主处理模块交换数据，有效降低了系统整体功耗。高速数据处理：一般的自动气象站是将瞬时数据发回中心站，由中心站将瞬时处理为各种可用数据；该自动气象站采用高速CPU，内嵌了各种算法，直接对瞬时数据进行处理并将处理结果传回中心站。微功耗：传感器、通信设备等均选用业界低功耗的产品进行集成，即使在高速采集与处理时，整站平均功耗也小于20mA高可靠性：经现场验证，MTBF>50000小时 基础支撑系统随着水电站智能化技术的发展及大力推广，针对智能化水电站建设的需求，智能一体化电源系统、时间同步系统、防雷系统作为基础支撑系统，在智能化水电站系统中发挥着基础服务作用，为智能化水电站基础运行提供安全保障。智能一体化电源采用统一化、网络化共享设计，为厂用变各种负荷提供可靠的工作电源；时间同步系统为智能化水电站系统保证了时间基准的高可靠性；防雷系统的一体化设计为智能化电站系统的安全运行，提供了强有力的保障。智能一体化电源系统、时间同步系统、防雷系统在智能化水电站系统中发挥着基础服务作用，为智能化水电站基础运行提供保障。 效益分析1、节水增发电效益实现流域/跨流域梯级水电站联合优化调度控制，提高效率，增加发电量。2、管理效益和劳动生产率效益实现流域/跨流域梯级水电站电力调度和水库调度的高效统一管理提高劳动生产率。3、电站设备效益和运行效益实现设备全寿命周期管理,提高设备的使用效率，延长设备的使用寿命；提高水电厂状态监测与故障诊断水平，提高设备检修效率效益。4、网厂协调效益实现网厂协调控制，提高水电站对电网调频、调峰、事故备用的支撑能力，为智能电网一体化建设提供坚强支撑。5、社会效益提高梯级水库的综合调节能力，对社会经济发展、节能减排、生态环境、城市和农业用水、水产养殖、旅游资源开发及利用也会产生重要影响。 结束语通过智能水电改造，可以大大提升水电生产管理水平和层次，合理调配流域水资源，实现水库与机组的安全经济运行；可以提高大型机组和抽水蓄能机组的快速响应能力，为电网提供强大高效的削峰填谷能力；其储能规模大、启闭灵活、并网时间快等特征，为大规模间歇式新能源并网提供有力支撑。国网电科院集中了优势科研力量，对智能化水电课题进行了规划和设计工作，正在进行全面开发工作。